Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) ( Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu điều chế và sử dụng một số hợp chất chitosan biến tính để tách và làm giàu các nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) và Cd(II)) ( Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM    HỒ THỊ YÊU LY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ HỢP CHẤT CHITOSAN BIẾN TÍNH ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II)) LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA PHÂN TÍCH ĐÀ LẠT - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM    HỒ THỊ YÊU LY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ HỢP CHẤT CHITOSAN BIẾN TÍNH ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II)) Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH Mã số: 62.44.29.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA PHÂN TÍCH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN MỘNG SINH PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC ĐÀ LẠT - 2014 LỜI CAM ĐOAN Luận án Tiến sĩ Hóa học “Nghiên cứu điều chế sử dụng hợp chất chitosan biến tính để tách làm giàu nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II))” thực cách trung thực Những kết nghiên cứu luận án chưa tác giả khác công bố Việt Nam giới Tơi xin cam đoan danh dự cơng trình khoa học Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 02 năm 2014 Nghiên cứu sinh Hồ Thị Yêu Ly i Tôi xin gởi lời cảm ơn đến Thầy PGS.TS Nguyễn Mộng Sinh, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, dẫn, góp ý, sửa chữa bổ sung cho kiến thức chuyên môn quý báu để hoàn thành luận án tiến sĩ Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Sức, người truyền cho lửa đam mê nghiên cứu khoa học Thầy tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ vật chất tinh thần cho tơi suốt q trình nghiên cứu Thầy ln ln kề cận chia sẽ, khích lệ, đơn đốc tơi nỗ lực vượt qua khó khăn để hoàn thành luận án Thầy gương để phấn đấu suốt đường làm việc nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Ngọc Tuấn nhiệt tình giúp đỡ, dẫn hỗ trợ tơi suốt trình học tập nghiên cứu thời gian qua PGS.TS Nguyễn Quốc Hiến hỗ trợ cho nguồn vật liệu chitosan bổ sung cho nguồn tài liệu tham khảo quý giá Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi giúp giải thủ tục hành Bộ mơn Cơng nghệ Mơi trường Hóa học nhiệt tình hỗ trợ phòng thí nghiệm, máy móc, trang thiết bị thí nghiệm hóa chất cần thiết khác Ban Giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật tạo điều kiện thời gian, bạn đồng nghiệp gánh vác công việc, hỗ trợ thời gian học Nghiên cứu sinh: Hồ Thị Yêu Ly ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt viii Danh mục hình ảnh x Danh mục sơ đồ xvi Danh mục bảng biểu xvii Danh mục phụ lục xix Mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 CHITOSAN VÀ DẪN XUẤT CỦA CHITOSAN 1.1.1 Cấu trúc chitin, chitosan 1.1.2 Quy trình sản xuất chitosan 1.1.3 Tính chất lý – hóa học chitosan 11 1.1.4 Sự khâu mạng chitosan 14 1.1.5 Một số dẫn xuất chitin chitosan 16 1.1.6 Ứng dụng chitin/chitosan dẫn xuất 17 1.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VIỆC SỬ DỤNG CHITOSAN VÀ CÁC DẪN XUẤT CỦA NÓ TRONG HẤP PHỤ TÁCH LOẠI LÀM GIÀU ION KIM LOẠI 19 1.2.1 Trong nước 19 1.2.2 Ngoài nước 21 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1 HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 28 iii 2.1.1 Hóa chất thiết bị 28 2.1.2 Phương pháp phân tích 29 2.2 VẬT LIỆU HẤP PHỤ 31 2.2.1 Điều chế CTSK 31 2.2.2 Xác định độ trương nước mẫu CTSK 31 2.2.3 Xác đinh độ bền mơi trường nước có pH khác số mẫu CTSK 32 2.2.4 Xác định độ đề acetyl hóa số mẫu CTSK 32 2.2.5 Khảo sát khả hấp phụ số ion kim loại loại mẫu CTSK 34 2.2.6 Điều chế CTSK-CT 34 2.2.7 Xác định liều lượng acid citric dùng để ghép mạch 34 2.2.8 Xác định phần trăm glutaraldehyde ghép vào mạch CTSK % acid gắn vào mạch CTSK-CT 35 2.2.9 Xác định cấu trúc vật liệu phổ hồng ngoại 36 2.2.10 Xác định hình thái bề mặt vật liệu 36 2.2.11 Xác định pH điểm đẳng điện tích 36 2.2.12 Xác định diện tích bề mặt riêng 36 2.2.13 Xác định khối lượng riêng pH vật liệu nước 36 2.3 NGHIÊN CÚU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN 37 2.3.1 Nghiên cứu động học hấp phụ 39 2.3.2 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 40 2.3.2 Nhiệt động học hấp phụ 44 2.4 NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT BẰNG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM BOX-BEHNKEN DESIGN (BBD) CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RMS) 45 2.5 KHẢO SÁT HẤP PHỤ LIÊN TỤC CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT 48 2.5.1 Ảnh hưởng lưu lượng qua cột 48 2.5.2 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu 49 iv 2.5.3 Ảnh hưởng chiều cao lớp hấp phụ 49 2.6 NGHIÊN CỨU GIẢI HẤP 49 2.6.1 Xác định hiệu suất rửa giải nồng độ HNO3 NaHCO3 khác 50 2.6.2 Xây dựng đường cong rửa giải ion kim loại 50 2.7 XÁC ĐỊNH LƯỢNG VẾT CÁC ION KIM LOẠI TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ LÀM GIÀU TRÊN VẬT LIỆU CTSK-CT 51 2.8 XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH LOẠI CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II) TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC THẢI 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU CHITOSAN BIẾN TÍNH 55 3.1.1 Xác định độ trương nước mẫu CTSK 55 3.1.2 Xác đinh độ bền mơi trường nước có pH khác số mẫu CTSK 55 3.1.3 Xác định độ đề acetyl hóa cá c mẫu CTSK 56 3.1.4 Khả hấp phụ số ion kim loại loại mẫu CTSK 56 3.1.5 Khảo sát liều lượng acid citric dùng để ghép mạch CTSK 57 3.1.6 Xác định phần trăm glutaraldehyde gắn mạch CTSK % acid citric gắn mạch CTSK - CT 58 3.1.7 Khảo sát cấu trúc vật liệu 59 3.1.8 Xác định hình dạng kích thước vật liệu 61 3.1.9 pH điểm đẳng điện tích khơng 62 3.1.10 Một số tính chất vật lý vật liệu 64 3.2 NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN CÁC ION KIM LOẠI U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II) BẰNG CTSK 65 3.2.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 65 3.2.2 Ảnh hưởng pH 66 v 3.2.3 Ảnh hưởng kích thước vảy vật liệu đến hiệu suất trình hấp phụ 69 3.2.4 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất trình hấp phụ71 3.2.5 Nghiên cứu động học hấp phụ ion kim loại đến CTSK 72 3.2.6 Nghiên cứu cân hấp phụ 74 3.3 NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ GIÁN ĐOẠN CÁC ION KIM LOẠI U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II) BẰNG CTSK-CT 79 3.3.1 Ảnh hưởng pH 79 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 80 3.3.3 Ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ đến hiệu suất trình hấp phụ81 3.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 83 3.3.5 Nghiên cứu động học hấp phụ 90 3.3.6 Nghiên cứu cân hấp phụ 92 3.4 NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CÁC ION KIM LOẠI LÊN CTSK-CT BẰNG QHTN BOX-BEHNKEN DESIGN (BBD) CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RMS) 98 3.4.1 Kết QHTN trình hấp phụ U(VI) lên CTSK-CT 98 3.4.2 Kết QHTN trình hấp phụ Cu(II) lên CTSK-CT 102 3.4.3 Kết QHTN trình hấp phụ Pb(II) lên CTSK-CT 104 3.4.4 Kết QHTN trình hấp phụ Zn(II) lên CTSK-CT 107 3.4.5 Kết QHTN trình hấp phụ Cd(II) lên CTSK-CT 110 3.5 NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ LIÊN TỤC CÁC ION KIM LOẠI U(VI), Cu(II) VÀ Pb(II) TRÊN CỘT NHỒI CTSK-CT 113 3.5.1 Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion U(VI) lên cột nhồi CTSK-CT113 3.5.2 Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion Cu(II) lên cột nhồi CTSK-CT116 3.5.3 Nghiên cứu hấp phụ dòng liên tục ion Zn(II) lên cột nhồi CTSK-CT119 vi 3.6 GIẢI HẤP 122 3.6.1 Kết giải hấp U(VI) 122 3.6.2 Kết giải hấp ion Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II) 123 3.7 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) VÀ Cd(II) TRONG MỘT SỐ MẪU NƯƠC 124 3.8 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT TÁCH LOẠI CÁC ION U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) VÀ Cd(II) TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 DANH MỤC CÔNG TRÌNH 142 PHỤ LỤC 145 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Tên gọi Khơng xác định ANOVA Phân tích phương sai C0 Nồng độ đầu CBHP Cân hấp phụ CTS Chitosan chưa khâu mạch CTSK Chitosan khâu mạch CTSK-CT Chitosan khâu mạch gắn acid citric dd Dung dịch ĐĐA Độ đề acetyl hóa DF Độ tự (Degree of Freedom) ĐHHP Động học hấp phụ ĐNHP Đẳng nhiệt hấp phụ F Tốc độ tuyến tính qua cột FL Freundlich FT-IR Phổ hồng ngoại (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) HSHP Hiệu suất hấp phụ Ka Hằng số tốc độ mơ hình BDST KCN Khu cơng nghiệp KL Kim loại KNHP Khả hấp phụ LM Langmuir LT Lý thuyết m Khối lượng N0 Dung lượng hấp phụ cột NĐ Nồng độ pHPZC pH điểm điện tích khơng (the point of zero charge) PL Phụ lục PT Phương trình viii ... ĐOAN Luận án Tiến sĩ Hóa học Nghiên cứu điều chế sử dụng hợp chất chitosan biến tính để tách làm giàu nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II), Zn(II) Cd(II)) thực cách trung thực Những kết nghiên. .. ứng dụng hấp phụ làm giàu lượng vết ion kim loại phân tích cần thiết Đề tài Nghiên cứu điều chế sử dụng số hợp chất chitosan biến tính để tách làm giàu nguyên tố hóa học (U(VI), Cu(II), Pb(II),. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM    HỒ THỊ YÊU LY NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ HỢP CHẤT CHITOSAN BIẾN TÍNH ĐỂ TÁCH VÀ LÀM GIÀU CÁC